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電力の現状と対策

このたびの震災で被害を受けた方々に、謹んでお見舞い申し上げます。

東京電力と東北電力で電力不足が生じているますが、他の電力会社から電力供給も難しい状態です。
東京電力や東北電力は50Hzですが、お隣の中部電力は60Hzであり、周波数が違うからです。
しかしながら、非常時ということで、様々な方法を使って中部電力や関西電力からの支援が行われています。勿論、同一周波数である北海道電力からも支援が行われています。以下にまとめてみました。

関連項目:周波数統一について考える

北本直流連携線による北海道からの送電
最大容量である60万kWの融通が行われています。交流送電だと状況によっては最大容量まで使えない場合がありますが、直流送電であることが幸いし、制限容量いっぱいまでの融通が可能です。
※「交流送電だと状況によっては最大容量まで使えない」というのは、位相や無効電力の問題や、周波数維持の問題によるものです。

周波数変換所のフル運転
新信濃周波数変換所(長野県)、佐久間周波数変換所(静岡県)は最大出力(各30万kW)、東清水周波数変換所は現在可能な最大出力(10万kW)で60Hzから50Hzに変換し、計100万kWの電力融通が行われています。
なお、東清水周波数変換所はそもそも30万kWの変換能力を持つように作られるはずでしたが、送電線などの用地取得の問題から、10万kWに制限されています。30万kWでの本格運用は2014年12月の予定ですが、この時期を早められるように検討しているようです。

東清水周波数変換所の出力向上
中部電力によると、暫定的に約3万kWの出力向上を行うようです。
その方法については「送電線の電圧変動の許容値を定めた社内規定を、顧客に影響のない範囲で緩和する」(電気新聞より)と書かれています。東清水周波数変換所は、本来275kVの送電線に接続すべきところ、154kVに接続して仮運用している状態です。この送電線の容量制限によって変換容量が10万kWに制限されており、変換装置自体は30万kWに対応しています。今回の出力向上では、送電電圧を僅かに高めたり、負荷側の電圧低下を許容したりする方法をとっているものと思われます。


佐久間水力発電所の50Hz運転
50/60Hz両用の発電所である佐久間水力発電所を50Hzで運転しているようです。
付近の秋葉系水力発電所も50Hz運転にして、計23.1万kWを融通するそうです。

新豊根水力発電所による支援
50Hz用発電機と60Hz用発電機の両方と、両用発電機を備える揚水発電所で、中部電力からの60Hz電力によりあらかじめ揚水しておき、ピーク時に50Hz用発電機で発電しているようです。50Hz最大出力は75万kWとなります。ただし、揚水発電のため、予め60Hzの電力で汲み上げた水の分だけの発電となるため、常に最大出力にすることはできません。
50Hz発電機と60Hz発電機が一部別々で、送電経路も2つあるので、揚水運転しながら発電運転すれば周波数変換所代わりになる気がしますが…ピーク需要だけ負担すればいいからそんなことをする必要もないのか。

泰阜水力発電所の50Hz化
中部電力の発電所です。通常60Hzで発電していますが、改造によって50Hz化し、2万~4万kWを融通するようです。

寝覚水力発電所と御岳水力発電所の50Hz化
この発電所は、東京電力から離れた関西電力の所有ですが、作られた当初は50Hzにも対応していたようです。(当時は50Hzと60Hzが入り乱れた地域があったため。)その設備が生きていたため、このようなことができたのかもしれません。これにより、数万kWの電力が融通されます。

なお、同じく関西電力の黒部川系の発電所にも、いくつか周波数両用だったものがあるようですが、60Hz用に交換されてしまったようです。これが健在で、送電経路があれば、さらに数十万kWの融通が可能だったかもしれません。



60Hzの発電設備を50Hzに切り替える例がいくつかありましたが、60Hz用の機器を50Hzで使うには少し問題があります。

まず、60Hz用の変圧器を50Hzで使用すると、効率が低下します。変圧器には「インダクタンス」というものがあり、変圧器から出力を取り出さないときは、インダクタンスによって入力電流が低下します。しかし、インダクタンスは周波数が低いほど小さくなるので、60Hz用の変圧器を50Hzで使用すると、入力電流が増え、効率が下がることになります。
泰阜水力発電所の場合、50Hz用変圧器を新設したか、偶然に50Hzも許容できる変圧器だったと考えられます。寝覚水力発電所と御岳水力発電所はおそらく両用の変圧器があったためではないかと考えられます。
なお、逆に50Hz用の変圧器を60Hzで使うことは可能のようです。

また、60Hz用の発電機を50Hzで運転する場合、回転数を下げればいいので、これは比較的簡単です。しかし、出力電圧が下がります。発電所で使われる発電機には、出力電圧を調整する機能がありますから、ある程度はカバーできますが、変圧器の変圧比の変更が必要かもしれません。
逆に50Hz用の発電機を60Hzで運転する場合、回転数を上げる必要があります。回転子やタービンには通常以上の遠心力が加わるので、機械強度の点で問題があります。

その他、送電線のインダクタンスやキャパシタンスの影響の受け方が少し違ったり、細かい違いがあると思います。



ところで、どういう経路で60Hz地域から50Hz地域へ融通しているんだろう?
中部電力の場合、そもそも50Hzに接続できるように送電線が引いてありますが、関西電力のほうはどうなっているのかは謎です。



参考
・中部電力公式サイト
2011年3月度定例記者会見
東清水FCの緊急対策としての変換能力向上の検討について
東北地方太平洋沖地震に伴う当社の支援状況について[PDF]
・電気新聞
被災地への電力融通拡大 中部電が緊急対策
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